Смотри рисунок 8.

Для песка φ=45º;

F₁=4,7·6,3=29,61 м² - площадь по низу котлована;

F₂=10,3·8,7=89,61 м² - площадь по верху котлована;

V_гр= (F₁+F₂)·h/2=(29,61+89,61)·2/2=119,22 м³

Стоимость земляных работ за 1м³ при глубине выработки до 2 м и ширине фундамента 1 м равна 3,6 руб. При ширине фундамента больше 1 м стоимость увеличивается на 7%.

С_котл.=119,22·1,07·3,6=459,235 руб.

Стоимость возведения фундамента за 1м³ бетонных работ 31 руб.

С_фунд.=31·9,783=236,6 руб.

Общая стоимость возведения фундамента:

С_общ.=С_котл.+С_фунд.=459,235+236,6=695,835 руб.

5. Вариант свайного фундамента. Забивные сваи

5.1 Расчетная схема

Рисунок 9 – Расчетная схема фундамента на забивных сваях по оси А.

5.2 Выбор глубины заложения ростверка

При определении глубины заложения ростверка исходим из ИГУ и нормативной глубины сезонного промерзания равной d_fn=1,83 м. Принимаем высоту ростверка 2,0 м. Принимаем глубину заложения ростверка 2,15 м.

5.3 Выбор типа и размера свай

Рассматриваем 3 варианта висячих свай

1) Сваи забивные железобетонные цельного сплошного квадратного сечения с продольной арматурой ГОСТ 19804.1-79. Марка бетона В15. Марка сваи С-6-30. Длина сваи равна 6 м., поперечное сечение сваи 300х300мм. Свая заглублена в супесь желто-бурую легкую на 1,33 м.

2) Сваи забивные железобетонные цельного сплошного квадратного сечения с продольной арматурой ГОСТ 19804.1-79. Марка бетона В20. Марка сваи С-10-30. Длина сваи равна 10 м, поперечное сечение сваи 300х300 мм. Свая заглублена в супесь желто-бурую легкую на 2,38 м.

3) Сваи забивные железобетонные цельного сплошного квадратного сечения с продольной арматурой ГОСТ 19804.1-79. Марка бетона В25. Марка сваи С-16-40. Длина сваи равна 16 м., поперечное сечение сваи 400х400мм. Свая заглублена в суглинок красно-бурый легкий на 8,23 м.

5.4 Определение несущей способности одиночной сваи

Для сваи трения несущую способность по грунту определяем по формуле 8[5]:

F_d=_c·(_cr·R·A+u·_cf·f_i·h_i),

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи (табл. 1[5]);

А - площадь поперечного сечения сваи;

u - периметр сечения сваи;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи (табл. 2[5]);

h_i- толщина i-го слоя грунта;

Коэффициент условий работы сваи в грунте _с, коэффициент условий работы грунта под острием сваи _cr, коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности _cf для забивных свай принимаются равными 1 – тогда формула расчета несущей способности будет иметь вид:

F_d=R·A+u·f_i·h_i

1 вариант

С-6-30

Площадь поперечного сечения сваи А=0,3²=0,09 м²

Периметр сечения сваи u=4·0,3=1,2 м.

R=2026 кПа=202,6 тс/м²

h1=1,5 м z1=2,9 м f1=1,97 тс/м²

h2=1,5 м z2=4,4 м f2=2,28 тс/м²

h3=1,57 м z3=5,94 м f3=2,49 тс/м²

h4=1,33 м z4=7,38 м f4=3,04 тс/м²

F_d1=202,6·0,09+1,2·(1,97·1,5+2,28·1,5+2,49·1,57+3,04·1,33)=45,227 тс

Расчетная нагрузка допускаемая на сваю:

Р₁=F_d1/_н=45,227/1,4=32,305 тс, где _н=1,4 – коэффициент надежности.

2 вариант

С-10-30

Площадь поперечного сечения сваи А=0,3²=0,09 м²

Периметр сечения сваи u=4·0,3=1,2 м.

R=941 кПа=94,1 тс/м²

h1=1,5 м z1=2,9 м f1=1,97 тс/м²

h2=1,5 м z2=4,4 м f2=2,28 тс/м²

h3=1,57 м z3=5,94 м f3=2,49 тс/м²

h4=1,33 м z4=7,38 м f4=3,04 тс/м²

h5=1,77 м z5=8,93 м f5=3,14 тс/м²

h6=1,11 м z6=10,37 м f6=1,01 тс/м²

h7=1,12 м z7=11,49 м f7=1,03 тс/м²

F_d2=94,1·0,09+1,2·(1,97·1,5+2,28·1,5+2,49·1,57+3,04·1,33+3,14·1,77+1,01·1,11+ +1,03·1,12)=35,061 тс

Расчетная нагрузка допускаемая на сваю:

Р₂=F_d2/_н=35,061/1,4=25,044 тс.

3 вариант

С-16-40

Площадь поперечного сечения сваи А=0,4²=0,16 м²

Периметр сечения сваи u=4·0,4=1,6 м.

R=1061 кПа=106,1 тс/м² при глубине погружения 18,05 м (в слой 8,23 м)

h1=1,5 м z1=2,9 м f1=1,97 тс/м²

h2=1,5 м z2=4,4 м f2=2,28 тс/м²

h3=1,57 м z3=5,94 м f3=2,49 тс/м²

h4=1,33 м z4=7,38 м f4=3,04 тс/м²

h5=1,77 м z5=8,93 м f5=3,14 тс/м²

h6=1,11 м z6=10,37 м f6=1,01 тс/м²

h7=1,12 м z7=11,49 м f7=1,03 тс/м²

h8=1,5 м z8=12,8 м f8=1,06 тс/м²

h9=1,5 м z9=14,3 м f9=1,09 тс/м²

h10=1,5 м z10=15,8 м f10=1,12 тс/м²

h11=1,5 м z11=17,3 м f11=1,15 тс/м²

F_d3=106,1·0,16+1,6·(1,97·1,5+2,28·1,5+2,49·1,57+3,04·1,33+3,14·1,77+1,01·1,11+1,03·1,12+ +1,06·1,5+1,09·1,5+1,12·1,5+1,15·1,5) =70,36 тс

Расчетная нагрузка допускаемая на сваю:

Р₃=F_d3/_н=70,36/1,4=50,2 тс.

5.5 Определение количества свай в кусте

Предварительно количество свай в кусте центрально нагруженного фундамента определяется по формуле:

n=N_I·1,2/P

1 Вариант

Число свай в кусте n₁=291·1,2/32,305=10,81

Принимаем количество свай n₁=12

2 Вариант

Число свай в кусте n₂=291·1,2/25,044=13,94

Принимаем количество свай n₂=14

3 Вариант

Число свай в кусте n₃=291·1,2/50,2=6,95

Принимаем количество свай n₃=7

5.6 Конструирование ростверка

Вариант 1

Схема ростверка представлена на рисунке 10.

Объем фундамента: V_р=4,8·3,2·0,95+1,2²·1,05=11,59 м³

N_р=V_р·_бет=11,59·2,5=28,98 тс

Объем грунта: V_гр=V-V_р=4,8·3,2·2-11,59=19,13 м³

N_гр=V_гр·_гр=19,13·((1,75·1,25+2,01·0,75)/(1,25+0,75))=35,34 тс

Вариант 3

Схема ростверка представлена на рисунке 11.

Объем фундамента: V_р=3,6²·0,7+1,2²·1,3=10,944 м³

N_р=V_р·_бет=10,944·2,5=27,36 тс

Объем грунта: V_гр=V-V_р=3,6²·2-10,944=2,016 м³

N_гр=V_гр·_гр=2,016·((1,75·1,25+2,01·0,75)/(1,25+0,75))=3,72 тс

5.7 Учет внецентренного нагружения

Вариант 1

Эксцентриситет приложения нагрузки определяется по формуле:

е=(М₁+Т₁·d_p)/(N₁+N_р+N_гр)

Тогда е=(33,6+6,8·2,0)/(291+27,36+3,72)=0,146 м  l/30=0,12м (l=3,6м) – внецентренное нагружение.

Нагрузку, приходящуюся на каждую сваю во внецентренно нагруженном фундаменте, определяем по формуле:

N=(N₁+N_гр+N_р)/n(M₁·y)/y_i²

где n - число свай,

у - расстояние от главной оси фундамента до оси сваи, для которой определяется нагрузка,

у_i - расстояние от оси фундамента до оси каждой сваи

N_max,min=(291+35,34+28,98)/12(33,6·2,06)/(2,06²·4+1,17²·4+1,8²·2+0,6²·2)= =29,612,33 тс,

Nmax=31,94 тс, Nmin=27,28 тс - для свай №№ 1,4,8,12. Нагрузка на остальные сваи будет меньше, так как значение у уменьшаться.

Nmax=31,94 < Pдоп=32,305

Nmin>0

Вариант 3

Эксцентриситет приложения нагрузки определяется по формуле:

е=(М₁+Т₁·d_p)/(N₁+N_р+N_гр)

Тогда

е=(33,6+6,8·2,0)/(291+27,36+3,72)=0,146 м  l/30=0,08м (l=2,4м) – внецентренное нагружение

Нагрузку, приходящуюся на каждую сваю во внецентренно нагруженном фундаменте, определяем по формуле:

N=(N₁+N_гр+N_р)/n(M₁·y)/y_i²

где n - число свай,

у - расстояние от главной оси фундамента до оси сваи, для которой определяется нагрузка,

у_i - расстояние от оси фундамента до оси каждой сваи

N_max,min=(291+27,36+3,72)/7(33,6·1,17)/(1,17²·4+1,2²·2)=44,014,7тс,

Nmax=48,71 тс, Nmin=39,31 тс - для свай №№ 2,3,5,6. Нагрузка на остальные сваи будет меньше, так как значение у уменьшится.

Nmax=48,71 тс < Pдоп=50,2 тс

Nmin>0

5.8 Осадка свайного фундамента

1 Вариант

Найдем объем условного массива грунта (см. рисунок 12). Угол поворота условной плоскости:

, где =(4,572·24+1,328·21)/(4,572+1,328)=23,32º

º, м, тогдаb_у=3,526 м; l_y=5,126 м – размеры опорной площади условного массива.

Объем условного массива:

V_усл=1/3·h·(b_у·l_y+b_ув·l_yв+ b_у·l_y·b_ув·l_yв)= =1/3·6·(3,526·5,126+2,3·3,9+3,526·5,126·2,3·3,9)=79,554 м³

Объем грунта: V_гр= V_усл-V_св=79,554-12·6·0,3²=73,07 м³

Вес грунта: N_гр=V_гр·_гр.=73,07·(2,01·4,572+1,9·1,328)/(4,572+1,328)=145,06 тс

Вес свай: N_св=V_св·_св=12·6·0,3²·2,5=16,2 тс

Вертикальная составляющая нормальных сил в уровне нижних концов свай:

=291+145,06+16,2+28,98=481,24 тс

Среднее фактическое давление на грунт под подошвой условного фундамента от нормальных нагрузок:

тс/м²

Находим несущую способность грунта основания:

R=(_c1·_c2)/k·(M_·k_z·b·_п+M_q·d₁·_п'+(M_q-1)·d_b·_п'+M_c·c_п) ,

R=(1,2·1,1)/1·(0,72·1·3,526·((1,04·1,77+1,22·5,12)/(1,77+5,12))+ +3,87·8,05·((1,04·1,328+1,07·2,142+2,01·3,33+1,75·1,25)/(1,328+2,142+3,33+1,25))+ +6,45·0,3)=66,188 тс/м²,

P=26,36  R=66,188

Условие выполняется, следовательно принятое количество свай удовлетворяет данной нагрузке.

Для определения осадки используем метод послойного элементарного суммирования.

Расчет производится по формуле:

S=·(_zpi·h_i)/E_i,

где S - осадка слоев,

=0,8 - коэффициент,

Е_i - модуль деформации i-го слоя грунта,

_zpi - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжение в i-м слое,

h_i - высота слоя.

Суммирование производим до глубины, на которой выполняется условие:

_zp<0,2·_zg

Напряжения в грунте от его веса определяются по формуле

_zg=(_i·h_i)

_zp=α·P_о, где P_о=P-_zgо=26,36-12,55=13,81 тс/м²

_zgо=1,04·1,328+1,07·2,142+2,01·3,33+1,75·1,25=12,55 тс/м²

 - коэффициент, принимаемый по табл.1 прилож.2 [1]

Грунтовую толщу разбиваем на слои h=(0,20,4)b

Схема распределения вертикальных напряжений представлена на рисунке 13.

Таблица 2.

Расчет осадки фундамента на забивных сваях методом послойного суммирования

					zp	zg0	0,2zg0
№	zi, м	2z/b	l/b		Po	h	h	Ei	hi	cpi	Si
1	0,000	0,000	1,45	1,000	13,810	12,55	2,51	700	1,000	13,244	0,01892
2	1,000	0,567	1,45	0,918	12,678	13,59	2,718	700	1,000	11,628	0,016611
3	1,774	1,006	1,45	0,766	10,578	14,39	2,878	1700	0,774	9,073	0,004131
4	2,774	1,573	1,45	0,548	7,568	15,615	3,123	1700	1,000	6,470	0,003806
5	3,774	2,141	1,45	0,389	5,372	16,835	3,367	1700	1,000	4,626	0,002721
6	4,774	2,708	1,45	0,281	3,881	18,055	3,611	1700	1,000	3,377	0,001986
7	5,774	3,275	1,45	0,208	2,872	19,275	3,855	1700	1,000	2,410	0,001418

Полученная осадка составляет S_расч=5 см, что меньше допустимой S_доп=8 см.

Также S_расч=5 > 0,4·S_доп=0,4·8=3,2.

5.9 Проверка на действие сил морозного пучения

Принадлежность суглинка к одной из групп по степени морозоопасности оценивается параметром R_f, определяемым по формуле:

R_f=0,012*(W-0,1)+[W*(W-W_cr)²]/(W_L*W_P* √M₀)

где W,W_P,W_L - влажности, соответствующие природной, на границе раскатывания и текучести, W_cr- расчетная критическая влажность, ниже значения которой прекращается перераспределение влаги в промерзающем грунте, определяется по рисунку 5 [4], М₀ - безразмерный коэффициент, численно равный при открытой поверхности промерзающего грунта абсолютному значению среднезимней температуры воздуха (равный М_t).

В данном случае W=0,19; W_cr=0,157 ; W_L=0,22 ; W_P=0,16 ; M_t=42,5⁰.

R_f=0,012*(0,19-0,1)+[0,19*(0,19-0,157)²]/(0,22*0,16*√42,5)=0,00198 -

для удельного веса _d=1,5 т/м³.

Перерасчет для _d=2,01 т/м³ дает R'_f=(0,00198*2,01)/1,5=0,00266.

Согласно таблице 39 [4], данный грунт слоя №2 является слабопучинистым .

При этом грунт верхнего слоя – песок серый пылеватый, является непучинистым, т.к. по пункту 2.137[4] имеем:

Пучинистые свойства песков содержащих пылевато-глинистые фракции определяются через показатель дисперсности . Эти грунты относятся к непучи­нистым при к пучинистым - при. Для слабопучинистых грунтов показательизменяется от 1 до 5 (). Значениеопределяется по формуле

где- коэффициент равный 18510^-4 см²

- коэффициент пористости

- средний диаметр частиц грунта см определяемый по формуле

где- процентное содержание отдельных фракций грунта доли единицы

- средний диаметр частиц отдельных фракций см.

следовательно слой песка относится к непучинистым.

Устойчивость фундамента на действие касательных сил пучения проверяется по формуле :

,

где _fh =8,34 т/м² значение удельной расчетной касательной силы пучения, определяется по таблице 41 [4],

A_fh- площадь боковой поверхности фундамента, находящейся в пределах расчетной глубины сезонного промерзания грунтов,

A_fh=1,05·1,2·4+0,63∙2∙(4,8+3,2)=14 м²

N_0II – расчетное значение вертикальной нагрузки;

G_fII – расчетное значение веса фундамента;

F_rf – расчетное значение силы, удерживающей фундамент от выпучивания вследствие трения его боковой поверхности о талый грунт, лежащий ниже d_f.

где R_fj- расчетное сопротивление талых грунтов сдвигу по боковой поверхности, принимаемое по таблице 2 [5].

А_fi - площадь вертикальной поверхности сдвига в слое грунта ниже расчетной глубины промерзания.

F_r=1,2·12·5,9·(1,97·1,5+2,28·1,5+2,49·1,57+3,04·1,33)+1,69·0,32·(4,8+3,2)=1221,59 тс

8,34∙14=116,76 тс < 1221,59+0,9∙(291+16,2+28,98)=1524,152 тс - условие выполняется.

Для незавершенного строительства при 30% нагрузки выражение принимает вид:

8,34∙14=116,76 тс < (1221,59+0,9∙(291+16,2+28,98))∙0,3=457,246 тс - условие выполняется.

Следовательно и в стадии завершенного строительства, и на промежуточной стадии работа фундамента полностью удовлетворяет требованиям на действие сил морозного пучения.

5.10 Выбор молота и расчет проектного отказа свай

Исходя из принятой расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, определяем минимальную энергию удара молота по формуле:

Е_dmin=1,75·a·P, где

а - коэффициент, равный 25 кг·м/т,

P=32,305 т – расчетная нагрузка, допускаемая на сваю.

E_dmin=1,75·25·32,305=1,413 т·м.

Принимаем трубчатый дизель-молот с водяным охлаждением С-994А с массой ударной части G=0,6 т, общей массой молота m₁=1,5 т и расчетной энергией удара 1,512 т·м.

Расчетная энергия удара E_dрасч=G·h·K=0,6·2,8·0,9=1,512 т·м > E_dmin

Проверяем условие: (m₁+m₂)/E_dK_m,

где m₁ – полный вес молота; m₂ – вес сваи; K_m – коэффициент применимости _.

В данном случае (1,5+1,38)/1,512=1,9  6 - условие выполняется, молот по энергии удара можно принять.

Отказ железобетонной сваи вычисляем по формуле:

где η – коэффициент, принимаемый в зависимости от материала свай .

А – площадь сечения сваи, А = 0,09 .

коэффициент восстановления удара; при забивке ж/б свай молотами ударного действия

S_a=150·0,09·1,512·(1,5+0,2·1,38)/(45,227·(45,227+150·0,09)·(1,5+1,38))=0,022 м

2  S_a=22  25 - величина отказа оптимальна. Следовательно выбранное сваебойное оборудование подходит.

5.11 ТЭП фундамента на забивных сваях